CN201937495U - 升压变换器组件和太阳能发电站 - Google Patents

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Abstract

一种升压变换器组件(4)包括升压器输入(41)、升压器输出(42)、升压变换器单元(BCU1)和控制单元(CU)，其中，升压器输入(41)被适配用于连接到馈送输入直流电压(DCIN)的直流电压电源，升压变换器单元(BCU1)包括可控开关(S11)和输入电感(L11)，升压变换器组件(4)被适配用于将输入直流电压(DCIN)变换成高于输入直流电压(DCIN)的输出直流电压(DCOUT)，并且将输出直流电压(DCOUT)馈送到升压器输出(42)。升压变换器组件(4)还包括至少一个另外的升压变换器单元(BCU2、BCU3)，其中，每个另外的升压变换器单元(BCU2)包括可控开关(S21)和输入电感(L21)，升压变换器组件的升压变换器单元被并联，控制单元(CU)被适配用于控制升压变换器单元的可控开关(S11到S32)，以使得不同升压变换器单元(BCU1、BCU2、BCU3)的操作之间存在相移。

Description

升压变换器组件和太阳能发电站
技术领域
本实用新型涉及升压变换器组件以及太阳能发电站。
背景技术
升压变换器是被适配用于提高直流电压的功率变换器。升压变换器的操作基于电感器与可控开关之间协作以使得对电感器反复地充电及放电。由于升压变换器的操作原理，升压变换器的输入电流包括许多纹波。通过增加输入电感器的电感量可以平滑升压变换器的输入电流。
与基本的两电平升压变换器相关联的问题之一是高功率和/或高电压***的输入电感器是很大并且昂贵的部件。已知通过使用三电平升压变换器来减轻该问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是进一步降低升压变换器的输入电流纹波。本实用新型的目的通过一种升压变换器组件来实现。
根据本实用新型的一方面，提供了一种升压变换器组件，其包括升压器输入、升压器输出、升压变换器单元和控制单元，其中，升压器输入被适配用于连接到馈送输入直流电压的直流电压电源，升压变换器单元包括可控开关和输入电感，升压变换器组件被适配用于将输入直流电压变换成高于输入直流电压的输出直流电压，并且将该输出直流电压馈送到升压器输出，其特征在于该升压变换器组件还包括至少一个另外的升压变换器单元，其中，每个另外的升压变换器单元包括可控开关和输入电感，升压变换器组件的升压变换器单元被并联，控制单元被适配用于控制升压变换器单元的可控开关以使得不同升压变换器单元的操作之间存在相移。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种太阳能发电站，其包括具有至少一个被适配用于将太阳能变换成直流电的光电池的光电池装置，其特征在于该太阳能发电站还包括上述的升压变换器组件，其中，至少一个光电池连接到升压器输入。
本实用新型基于如下想法：并联多个升压变换器单元，并且控制并联的升压变换器单元以使得在各个升压变换器单元的操作之间存在相移。
本实用新型的升压变换器组件的优点是降低了输入电流纹波。
附图说明
在下面，借助于优选实施例并参考附图，将更详细地描述本实用新型。其中在附图中：
图1示出了太阳能发电站的连接图，其中所述太阳能发电站包括根据本实用新型实施例的升压变换器组件。
图2示出了具有替代逆变器装置的图1的连接图。
具体实施方式
图1示出了包括光电池装置2、升压变换器组件4和逆变器装置6的太阳能发电站的连接图。光电池装置2包括被适配用于将太阳能变换成直流电的光电池22。升压变换器组件4包括升压器输入41、三个并联的升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3、升压器输出42、电容装置和控制单元CU。
光电池装置2被适配用于将输入直流电压DCIN馈送到升压器输入41。光电池电容C22连接在光电池22的正极端子和负极端子之间。升压变换器组件4被适配用于将输入直流电压DCIN变换成高于输入直流电压DCIN的输出直流电压DCOUT，并且将输出直流电压DCOUT馈送到升压器输出42。
每个升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3是三电平升压变换器单元。每个升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3的结构类似于已知的三电平升压变换器的结构。升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3彼此相同。
每个升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3包括两个可控开关，以及针对每个所述可控开关包括输入电感器和倒转二极管(flyback diode)。 升压变换器单元BCU1包括可控开关S11和S12、输入电感器L11和L12、以及倒转二极管D11和D12。升压变换器单元BCU2包括可控开关S21和S22、输入电感器L21和L22、以及倒转二极管D21和D22。升压变换器单元BCU3包括可控开关S31和S32、输入电感器L31和L32、以及倒转二极管D31和D32。
升压变换器组件的控制单元CU被适配用于控制升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3的可控开关S11到S32，以使得不同升压变换器单元的操作之间存在2π/3弧度的相移。升压变换器单元BCU1的相移为零弧度，升压变换器单元BCU2的相移为2π/3弧度(120°)，升压变换器单元BCU3的相移为4π/3弧度(240°)。由于它们之间的相移，升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3可被称为交错的升压变换器单元。由于由不同升压变换器单元生成的电流峰值以预定的周期出现，因此升压变换器单元的调制之间的相移降低了升压变换器组件的输入电流纹波。
图1没有描绘控制单元CU与可控开关S11到S32之间的信号路径。利用合适的已知部件可实现所述信号路径。
在替代实施例中，升压变换器组件可包括仅两个升压变换器单元或不止三个升压变换器单元。在通常情况下，控制单元可被适配用于控制升压变换器单元的可控开关，以使得不同升压变换器单元的操作之间的相移基本等于2π弧度与升压变换器单元总数的商。
升压变换器组件4包括正压母线DC+和负压母线DC-。倒转二极管D11、D21和D31的阴极连接到正压母线DC+，并且倒转二极管D12、D22和D32的阳极连接到负压母线DC-。升压器输出42的正极端子连接到正压母线DC+，以使得升压器输出42的正极端子和正压母线DC+处于相同的电位。升压器输出42的负极端子连接到负压母线DC-，以使得升压器输出42的负极端子和负压母线DC-处于相同的电位。
逆变器装置6包括常规的三相全桥逆变器。三相全桥逆变器连接在升压器输出42的正极端子与升压器输出42的负极端子之间。
升压变换器组件4还包括中心点母线44，其将串联的可控开关S11与S12之间的点、串联的可控开关S21与S22之间的点、以及串联的可控开关S31与S32之间的点连接在一起。
电容装置被适配用于用作能量存储装置。电容装置包括串联在升压器输出42的正极端子与负极端子之间的电容器CDC+和CDC-。电容器CDC+ 和CDC-还为升压器输出42提供分压器。中心点母线44连接在电容器CDC+的负极端子和电容器CDC-的正极端子之间。
由于升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3之间的相移，电容器CDC+和CDC-的电压纹波相比于升压变换器单元间无相移的对应的升压变换器组件仅为六分之一。因此，本实用新型使得在不损害电容装置的输出电流质量的情况下，可能提供具有更小电容器的电容装置。可替选地，本实用新型使得在不增加电容装置的电容量的情况下，可能改善电容装置的输出电流质量。
不同升压变换器单元的调制之间的相移提高纹波电流频率。这使得能更容易地滤除纹波电流。
控制单元CU被适配用于监测由光电池装置2馈送到升压器输入41中的功率，并且在部分负载运行的情况中切断至少一个升压变换器单元，其中，在所述部分负载运行情况中只需要多个升压变换器单元的一部分来处理光电池装置2的输出功率。例如，如果光电池装置2的输出功率仅是升压变换器组件4的标称功率的三分之二，那么控制单元CU切断升压变换器单元BCU3。如果光电池装置2的输出功率仅是升压变换器组件4的标称功率的三分之一，那么控制单元CU切断升压变换器单元BCU3和升压变换器单元BCU2。因为切断的升压变换器单元不耗能，因此切断过量的升压变换器单元可节能。在该应用中，切断升压变换器单元意味着中断将控制信号馈送到升压变换器单元的可控开关，其中，可控开关始终保持在断开状态。
在只有部分升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3有效的情况下，控制单元CU被适配用于重新调整有效升压变换器单元之间的相移。当只有升压变换器单元BCU1和BCU2有效时，控制单元CU将它们操作之间的相移重新调整到π(180°)。本领域的技术人员理解，在升压变换器组件具有不止三个升压变换器单元的情况下，对应的相移的重新调整也是可能的。例如，如果总共存在六个升压变换器单元、并且两个升压变换器单元作为冗余而被临时切断，那么剩余的四个升压变换器单元之间的相移被重新调整为π/2(90°)。
各个三电平升压变换器单元的可控开关之间的相移基本等于π弧度与有效升压变换器单元数目的商。因此，当所有升压变换器单元BCU1、BCU2和BCU3有效时，升压变换器单元BCU1的可控开关S11与S12之间的相移为π/3(60°)。对于升压变换器单元BCU2的可控开关S21和S22、 以及升压变换器单元BCU3的可控开关S31和S32，也是如此。
下面的表格示出当所有升压变换器单元都有效时，图1中描绘的升压变换器组件的可控开关的相移。在下面的表格中，定义可控开关S11的操作为参考，因此S11的相移为零弧度。
Figure DEST_PATH_GSB00000371012400051
在升压变换器组件的控制单元被适配用于切断冗余的升压变换器单元的实施例中，优选地，借助于有效升压变换器单元的数目而不是借助于升压变换器单元的总数来计算不同有效升压变换器单元的操作之间的相移。类似地，如果升压变换器单元是至少三电平升压变换器单元并且控制单元被适配用于切断冗余的升压变换器单元，那么优选地，借助于有效升压变换器单元的数目而不是借助于升压变换器单元的总数来计算每个升压变换器单元的可控开关之间的相移。
图2示出了太阳能发电站的连接图，其中，除了图1的逆变器装置6由逆变器装置6’替换了之外，所述太阳能发电站与图1的太阳能发电站相同。逆变器装置6’包括三电平中点箝位式逆变器，其中点连接到升压变换器组件4的中心点母线44。逆变器的中点与升压变换器组件4的中心点母线44之间的连接通过均衡逆变器中的电压而便利逆变器装置的操作。
在本实用新型的替代实施例中，逆变器装置可包括五电平逆变器或更多电平的逆变器。
根据本实用新型的升压变换器组件可包括两电平升压变换器单元以替代三电平升压变换器单元。还可能使用四电平升压变换器单元或更多电平的升压变换器单元。
对本领域的技术人员将是明显的，可以以各种方式实现本实用新型的概念。本实用新型和其实施例并不限于上面所述的示例，而是可在权利要求的范围内改变。

Claims (10)

1.一种升压变换器组件，其包括升压器输入(41)、升压器输出(42)、升压变换器单元(BCU1)和控制单元(CU)，其中，所述升压器输入(41)被适配用于连接到馈送输入直流电压(DCIN)的直流电压电源，所述升压变换器单元(BCU1)包括可控开关(S11)和输入电感(L11)，所述升压变换器组件(4)被适配用于将所述输入直流电压(DCIN)变换成高于所述输入直流电压(DCIN)的输出直流电压(DCOUT)，并且将所述输出直流电压(DCOUT)馈送到所述升压器输出(42)，其特征在于所述升压变换器组件(4)还包括至少一个另外的升压变换器单元(BCU2、BCU3)，其中，每个另外的升压变换器单元(BCU2)包括可控开关(S21)和输入电感(L21)，所述升压变换器组件的升压变换器单元被并联，所述控制单元(CU)被适配用于控制所述升压变换器单元的可控开关(S11到S32)以使得不同升压变换器单元(BCU1、BCU2、BCU3)的操作之间存在相移。
2.根据权利要求1所述的升压变换器组件，其特征在于不同升压变换器单元(BCU1、BCU2、BCU3)的操作之间的所述相移基本等于2π弧度与升压变换器单元总数的商。
3.根据权利要求2所述的升压变换器组件，其特征在于每个升压变换器单元(BCU1)是包括两个可控开关(S11、S12)的三电平升压变换器单元，并且每个三电平升压变换器单元的所述两个可控开关之间的相移基本等于π弧度与升压变换器单元总数的商。
4.根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的升压变换器组件，其特征在于所述升压变换器组件(4)的升压变换器单元(BCU1、BCU2、BCU3)彼此相同。
5.根据权利要求1所述的升压变换器组件，其特征在于所述升压变换器组件的控制单元(CU)被适配用于监测馈送到所述升压器输入(41)中的功率并且在部分负载运行的情况中切断至少一个所述升压变换器单元(BCU1、BCU2、BCU3)，其中，在所述部分负载运行情况中只需要所述多个升压变换器单元的一部分来处理馈送到所述升压器输入中的所述功率。
6.根据权利要求5所述的升压变换器组件，其特征在于所述控制单元(CU)被适配用于控制所述升压变换器单元，以使得不同有效升压变换器单元(BCU1、BCU2、BCU3)的操作之间的所述相移基本等于2π弧度与有 效升压变换器单元数目的商。
7.根据权利要求6所述的升压变换器组件，其特征在于每个升压变换器单元(BCU1)是包括两个可控开关(S11、S12)的三电平升压变换器单元，并且所述控制单元(CU)被适配用于控制所述可控开关，以使得每个三电平升压变换器单元的所述两个可控开关之间的相移基本等于π弧度与有效升压变换器单元数目的商。
8.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的升压变换器组件，其特征在于所述升压变换器组件还包括电容装置，其连接在所述升压器输出(42)的正极与负极端子之间，其中所述电容装置被适配用于用作能量存储装置。
9.根据权利要求4所述的升压变换器组件，其特征在于所述升压变换器组件还包括电容装置，其连接在所述升压器输出(42)的正极与负极端子之间，其中所述电容装置被适配用于用作能量存储装置。
10.一种太阳能发电站，其包括具有至少一个被适配用于将太阳能变换成直流电的光电池(22)的光电池装置(2)，其特征在于所述太阳能发电站还包括根据权利要求1-9中任一项所述的升压变换器组件(4)，其中，所述至少一个光电池(22)连接到所述升压器输入(41)。 
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